교류 변압기

상호 인덕턴스 결합을 갖춘 두 개(또는 그 이상의) 고정 코일의 조합을 변압기라고 합니다. 변압기의 일반적인 용도는 하나의 코일이 교류 전원 공급 장치에 연결되고 다른 코일이 부하에 연결되며 전원 공급 장치에서 출력되는 에너지가 교류 자기장을 통해 부하로 전달된다는 것입니다. 전원에 연결된 코일을 1차 코일, 부하에 연결된 코일을 2차 코일이라고 합니다. 1차 코일과 2차 코일이 위치한 회로를 각각 1차 회로(1차측), 2차 회로(2차측)라고 합니다. 1차 코일과 2차 코일의 전압(유효값)이 일반적으로 다르기 때문에 변압기라는 이름이 붙었습니다. 변압기는 철심 변압기와 공심 변압기의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 코어 트랜스포머는 철심(연자성체)에 1차 코일과 2차 코일을 감아 코어의 높은 μ값을 이용하여 상호 인덕턴스 결합을 강화하는 장치로 송배전, 전기계측, 용접, 전자회로 등에 널리 사용됩니다. . 공심 변압기에는 철심이 없으며 코일은 철심의 비선형성, 히스테리시스 및 와전류의 부작용을 피하기 위해 공기를 통해 결합됩니다. 고주파 전자 회로에 널리 사용됩니다. 그림 3-58은 변압기의 개략도입니다. 변압기의 1차 코일과 2차 코일의 전류에 의해 발생하는 자기유도선은 모두 철심에 집중되어 있다고 가정하므로(즉, 자기누설은 무시된다), 따라서 변압기의 각 단면에서의 자기유도선속 ψ는 철심의 크기는 동일합니다. Φ의 변화로 인해 철심에 감겨진 코일의 매 회전마다 동일한 기전력이 발생하게 됩니다.

그러면 1차 코일에 유도되는 총 기전력은

2차 코일 N2 턴이면 총 유도 기전력

전원 전압은 정현파 법칙에 따라 변하므로 코어의 자기 유도 자속 Φ도 정현파 법칙에 따라 변할 것입니다.

여기서 Φm은 코어의 교차점입니다. 가변 자기 유도 플럭스의 피크 값입니다. 따라서

여기서 ε1m=ΩN1ψm은 ε1의 피크 값입니다. 유효값은

마찬가지로

여기서 ε2m=εN2Φm은 ε2의 최고값입니다. 그 실효치는

그래서

즉, 변압기의 1차 코일과 2차 코일에 유도 기전력의 실효 값(또는 피크 값)은 권선의 수에 비례합니다. 회전합니다. 실제 변압기에서는 1차 코일과 2차 코일이 에나멜선으로 감겨져 있으며, 저항 r은 매우 작기 때문에 코일 저항에 의한 전압강하 Ir을 생략할 수 있다. 이러한 방식으로 코일 양단의 전압은 코일에 유도된 기전력과 수치적으로 동일합니다. 1차 코일 양단의 전압은 변압기의 입력 전압 U1이므로

U1≒ε1

마찬가지로 2차 코일 양단의 전압은 적용된 변압기의 출력 전압 U2입니다. 즉,

U2≒ε2

따라서

위의 공식은 변압기의 입력 전압과 출력 전압의 비율을 보여줍니다. 1차 코일과 2차 코일의 감은 수의 비율과 같습니다. 이것이 변압기의 가장 중요한 특성입니다. N2gt;N1, U2gt; 변압기는 전압뿐만 아니라 전류도 변경합니다. 변압기가 무부하 상태일 때는 2차 코일에 유도 기전력만 있고 전류는 없습니다. 그러나 1차 코일에는 특정 전류 I10이 여기 전류라고 불리며, 그 기능은 코어의 특정 교류 자기 유도 자속 ψ을 자극하여 1차 코일의 특정 유도 기전력 ε1이 균형을 이루도록 하는 것입니다. 입력 전압 U1, 즉 U1≒ε1이 충족됩니다. 2차 코일이 부하에 연결되고 전류 I2가 발생하면 I2는 코어에 추가 자기 유도 자속 Φ2'을 생성합니다. 렌츠의 법칙에 따르면 Φ2'는 철심의 원래 자기 유도 자속 Φ의 변화를 약화시켜 원래 코일의 최대 기전력 ε1을 더 작게 만듭니다. 그러나 입력 전압 U1은 변압기의 부하 여부에 따라 변하지 않으므로 ε1이 작을수록 더 이상 U1과 균형을 이루지 못합니다. 결과적으로 1차 코일의 전류는 무부하일 때보다 커집니다. 전류가 I'만큼 증가한다고 가정하면 전류는 원래 코일 회로에 대한 Φ2'의 영향을 보상하기 위해 코어에 추가 자기 유도 자속 Φ1'을 생성합니다. Φ1'과 Φ2'의 값이 같을 때 철심의 자기유도자속은 원래의 값인 Φ로 돌아가고, 원래의 도선에 유도된 기전력도 원래의 값인 ε1로 돌아가므로 ε1이 균형을 이룬다. U1을 다시 사용하면 전체 회로가 평형 상태로 돌아갑니다.

Φ1'은 기자력 N1I1'에 의해 발생하고 Φ2'는 기자력 N2I2에 의해 발생하므로

N1I1'=N2I2인 경우에만

Φ1'과 Φ2'가 상쇄될 수 있습니다. 서로 아웃. 이때 1차 코일의 총 전류 I1 = I10 I1'이다. 변압기가 최대 부하에 가까울 때(즉, 부하 저항이 작고 변압기가 정격 전류에 가까울 때) I1gt;gt;I10이므로 I1≒I1'입니다. 따라서

N1I1=N2I2

즉,

위 공식은 다음과 같습니다. 변압기가 최대 부하에 가까워지면 1차 코일과 2차 코일의 전류 회전 수에 반비례합니다. 승압 변압기의 경우 N1, 즉 I2lt; 즉, N2lt로 인해 전류가 작아지고, 즉 I2gt; 흔히 말하는 것이 "고전압, 소전류, 저전압, 대전류"입니다. 이는 에너지 보존 법칙과도 일치한다. 변압기의 입력 전력은 출력 전력과 동일해야 합니다. 전압이 증가하면 전류도 그에 상응하는 비율로 감소해야 합니다. 그렇지 않으면 에너지 불변성과 변환의 법칙이 파괴될 것입니다. 변압기에는 여러 유형이 있으며 일반적으로 사용되는 변압기는 전원 변압기, 전원 변압기, 커플 링 변압기, 전압 조정 변압기 등입니다. 전력 변압기의 유형

이 유형의 변압기는 송전선로에 사용됩니다. 송전선로의 전력 손실은 전류의 제곱에 비례하기 때문에 장거리로 전력을 전송할 때는 변압기를 사용하여 전압을 높여 전류를 줄여야 합니다. 이 고전압을 초고압 송전선로를 통해 도시와 농촌에 송전한 뒤, 강압변압기를 이용해 단계적으로 전압을 380볼트, 일반 전력 사용자를 위한 220볼트로 낮추는 작업을 하고 있다. 전력 변압기는 일반적으로 용량이 더 큽니다. 그들은 모두 대형 변압기입니다.

전력 변압기

동일한 장비 회로의 서로 다른 전자 기기 및 장비에는 서로 다른 전압이 필요한 경우가 많습니다. 예를 들어 전자관의 필라멘트 전압은 6.3V입니다. 플레이트 전압 300V가 필요합니다. 다양한 트랜지스터의 컬렉터 작동 전압은 수V에서 수십V입니다. 오실로스코프 튜브의 가속 전극 전압은 3000V에 도달합니다. 전력 변압기는 일반적으로 220V 주전원 전압을 다양한 필수 전압으로 변경하는 데 사용됩니다.

커플링 변환기

물리학에서 소위 커플링은 서로 영향을 미치거나 심지어 다양한 상호작용을 통해 결합되는 두 개 이상의 시스템 또는 두 가지 형태의 운동을 의미합니다. 두 코일 사이의 상호 인덕턴스는 자기장을 통해 결합됩니다. 라디오의 중간 회로, 입력 변압기, 출력 변압기 등 무선 선로의 극간 결합에 일반적으로 사용되는 변압기가 모두 이 범주에 속하며 결합 변압기라고 합니다. 커플 링 변압기에는 많은 기능이 있으며 임피던스 매칭 등을 달성하는 데에도 사용할 수 있습니다.

전압 조정 변압기는 '자동 변압기'라고도 합니다. 생산 및 과학 연구에서는 교류 전압을 특정 범위 내에서 지속적으로 조정해야 하는 경우가 많습니다. 조절 변압기. 일반적으로 전압 조정 변압기는 철심이 있는 코일로, 코일은 에나멜선으로 감겨 있어 슬라이딩 접점 c가 각 회전마다 움직일 수 있으므로 c와 b 양쪽 끝에서 조정 가능한 AC 전압을 얻습니다. 그림 3-59와 같습니다. 대용량 전압 조정 변압기는 송전선에서도 그리드의 전압을 조정하는 데 사용됩니다.